Меркурий - планета земной группы

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЁЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

БЕРДЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МЕРКУРИЙ – ПЛАНЕТА ЗЕМНОЙ ГРУППЫ

(РЕФЕРАТ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бердянск – 2013

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

С древнейших времен люди знали те особые светила на небе, которые называются планетами. По внешнему виду они похожи на звезды, но отличаются от них тем, что непрерывно кочуют по небу, перемещаясь из одного созвездия к другому. Пути их сложны. Если нарисовать на звёздной карте путь какой-нибудь планеты, то получится линия с какими-то непрерывными петлями и изгибами. Планета движется сначала справа налево всё вперед и вперед. Потом останавливается и, помедлив, поворачивает назад. Пройдя немного в обратную сторону, она снова направляется вперед, и движется все быстрее и быстрее до новой остановки.

Древние ученые настойчиво стремились разгадать это странное движение планет, но не смогли этого сделать. Мы теперь знаем, что их попытки были неудачны потому, что они ошибочно считали Землю неподвижным центром всего мироздания.

Солнце вместе с планетами спутниками планет составляет солнечную или планетную систему. Путь каждой планеты приблизительно окружность, по которой эта планета обходит Солнце. У каждой планеты есть свой путь, или своя Орбита, как говорят астрономы.

Чем ближе планета к Солнцу, тем меньше ее орбита, тем короче тот путь, который ей приходится пробегать. Кроме того, близкая от Солнца планета движется по своему пути быстрее, чем далёкая, поэтому и время оборота планеты вокруг Солнца тем короче, чем ближе она к Солнцу.

Заметив планеты очень давно, люди придумали для них названия, которые сохранились до наших дней. Не понимая действительной причины движения планет, люди объясняли их желаниями и капризами богов и богинь из религиозных сказок – мифов. Так попали на страницы современных научных книг по астрономии такие имена древнеримских богов, как Меркурий – бог торговли, Венера – богиня красоты, Марс – бог войны и др.

 

1. Характеристики Меркурия

 

Меркурий был известен с давних времён. Греки дали этой планете два имени: Аполлоном они называли ее как утреннюю звезду и Гермесом - вечернюю. Греческие астрономы знали, однако, что эти два имени носит одно небесное тело.

Меркурий — планета солнечной системы, которая расположена ближе всего к Солнцу. Среди больших планет имеет наименьшие размеры: ее диаметр составляет 4865 км (0,38 диаметра Земли), масса — 3,304*1023 кг (0,055 массы Земли); средняя плотность — 5,52 г/см3. Меркурий принадлежит к планетам земной группы.

Меркурий движется вокруг Солнца в среднем на расстоянии 0,384 астрономических единиц (58 млн. км) по эллиптической орбите с большим эксцентриситетом е-0,206; в перигелии расстояние до Солнца составляет 46 млн.км., а в афелии — 70 млн. км. Период обращения Меркурия вокруг Солнца равен 88 суткам. Лишь в 60-х гг. с помощью радиолокационных наблюдений было установлено, что Меркурий вращается вокруг оси в прямом направлении (т.е. как и в орбитальном движении) с периодом 58,65 суток (относительно звезд). Продолжительность Солнечных суток на Меркурии составляет 176 дней. Угловая скорость осевого вращения Меркурия соответствует угловой скорости его движения в орбите, когда планета находится в перигелии. На основании этого можно предположить, что скорость вращения Меркурия обусловлена приливными силами со стороны Солнца.

Для наблюдения с Земли Меркурий — трудный объект, так как он видимым образом никогда не удаляется от Солнца больше чем на 23о, вследствие чего Меркурий приходится наблюдать всегда на фоне вечерней или утренней зари низко над горизонтом. Кроме того, в эту пору фаза планеты (т.е. угол при планете между направлениями на Солнце и на Землю) близка к 90о и наблюдатель видит освещенной лишь половину её диска. По этой причине на поверхности Меркурия зафиксированы лишь крупные темные пятна неизвестной природы и карта его построена в самых общих чертах. Экватор Меркурия наклонен к плоскости его орбиты на 7о. При наблюдениях в элонгации (в наибольшем угловом удалении от Солнца) Меркурий имеет блеск от –0,3 до +0,6 звёздной величины. Изменения блеска с фазой у Меркурия протекает сходно с Луной, что указывает на одинаковый характер неровностей у этих небесных тел, но отражательная способность Меркурия хуже, чем у Луны: она подобна лунным морям. Его сферическое визуальное альбедо равно 0,058, тепловое — 0,09. Определённое радиолокационным путём в дециметровом диапазоне радиоволн поперечное сечение диска Меркурия составляет всего лишь 0,06 от геометрического.

Меркурий, возможно, лишён атмосферы, хотя поляризационные и спектральные наблюдения указывают на наличие слабой атмосферы. Признаки углекислого газа СО2 наблюдались на Меркурии спектральным путем. Самый верхний предел его содержания 4 г/см2. Сюда может примешиваться азот N2 или аргон Ar, не обнаруженные спектроскопически при  наблюдении с Земли. Содержание этих газов может быть в несколько раз выше, чем СО2. В верхней атмосфере Меркурия углекислый газ должен диссоциировать под воздействием сильного ультрафиолетового облучения со стороны Солнца на СО, О, О2. Здесь атомы и молекулы могут легко уходить в межпланетное пространство, т.к. вторая космическая скорость на Меркурии очень невелика — 4,3 км/сек.

Расчётная средняя температура Меркурия (найденная в предположении, что планета столько же излучает тепла сколько получает его от Солнца) на среднем расстоянии от Солнца — 505 К. Для точки поверхности Меркурия, где Солнце видно в зените, вычисленная температура — 618 К, а фактически измеренная — 613 К. Эта температура увеличивается до 400 К, когда Меркурий находится в перигелии и опускается до 500 К в афелии. Измеренное с большими трудностями инфракрасное излучение с неосвещённой части Меркурия приводит к значению ночной температуры Меркурия около 110 К. Возможно, что она несколько выше, но вряд ли выше 150 К. При изменении теплового потока Меркурия в радиодиапазоне обнаруживаются в среднем (по диску) температуры до 400 К в сантиметровом диапазоне, 300-400 К на миллиметровых и дециметровых волнах. Но эти измерения относятся не к самой поверхности, а к некоторому (неглубокому) уровню под ней, что подтверждается также отсутствием заметного эффекта фазы в измеряемых тепловых потоках. Сопоставление с потоками, измеренными в инфракрасном диапазоне, позволяет вывести значение коэффицента температуропроводности  µ=1/500-1/700, что соответствует аналогичным значениям для Луны. Предполагается, что Меркурий состоит из железного (по-видимому, жидкого) ядра, содержащего 0,62 всей массы, окружённого силикатной оболочкой. С помощью “Маринера-10” было установлено присутствие у Меркурия сильно разряженной газовой оболочки, состоящей главным образом из гелия. Давление у поверхности планеты примерно в 500 млрд. раз меньше, чем у поверхности Земли. Эта атмосфера состоит в динамическом равновесии: каждый атом гелия находится в ней около 200 дней, после чего покидает планету, его же место занимает другая частица из плазмы солнечного ветра. Оказалось также, что Меркурий обладает слабым магнитным полем, напряженность которого составляет всего 0,7% земного. Наклон оси диполя к оси вращения Меркурия 12о (у Земли 11о).

 

2. Наблюдения учёных за планетой Меркурий

 

Меркурий — четвёртая по блеску планета: в максимуме она почти так же ярка, как Сириус, ярче же бывают только Венера, Марс, Юпитер. Тем не менее Меркурий очень трудная для наблюдения планета из-за малости его орбиты и, следовательно, близости к Солнцу; его наибольшая элонгация (видимое угловое расстояние от Солнца) составляет 28о . В том самом благоприятном для наблюдения положении фаза Меркурия соответствует фазе Луны в первой и третьей четвертях; полная фаза приходится на верхнее соединение, когда находится за Солнцем почти на одной прямой с ним. После захода Солнца перед его восходом Меркурий на небе всегда находится очень близко к Солнцу, что ограничивает ночные наблюдения планеты коротким интервалом. Кроме того, турбулентность нашей атмосферы на низких высотах обуславливает плохое изображение. Поэтому Меркурий наблюдают большей частью при полном дневном свете, а рассеянный дневной свет исключают в минимально возможной мере применением соответствующих экранов. Вследствие всех этих разного рода трудностей только самым упорным наблюдателям удавалось обнаружить детали на поверхности Меркурия.

Склапарелли (Италия, 1833-1910 гг.) и Барнард (США, 1857-1923 гг.) — два великих наблюдателя — сделали зарисовки инертных деталей поверхности, причём эти зарисовки не слишком хорошо согласуются между собой. Поскольку фотографии Луны показали, что некоторые детали, в особенности лучи, а до некоторой степени и моря, становятся особенно заметными в полнолуния, весьма интересно отметить, что Барнард охарактеризовал пятна на Меркурии в основном как похожие на лунные “моря”, а Склапарели получил свои наилучшие результаты, когда планета была близка к полной фазе, т.е. находилась по соседству с Солнцем.

На протяжении длительного времени Меркурий наблюдался во Франции — сначала Антониади в Медоне, а позднее Дольфюсом на Пик де Мидея. Все наблюдатели согласны, что Меркурий медленно вращается вокруг своей оси, будучи всегда обращённым к Солнцу одной стороной, если не считать небольших либраций. Таким образом, период вращения Меркурия, составляющий 88 суток, согласно Дольфюсу, равен с точностью до 1/10000 сидерическому периоду обращения планеты вокруг Солнца. Так как Солнце освещает только одну сторону планеты, Склапарелли и Антониаде наблюдали Меркурий вечером, а Дольфюс — утром. Чтобы сравнить карты Склапарелли и Антониаде с картой Дельфюса, их следует повернуть примерно на 15о. Дельфюс полагает, что наблюдаемые детали можно привести к совпадению, считая, что угол наклона экватора Меркурия к эклиптике равен 7о.

Сравнение всех трёх карт Меркурия на первый взгляд наводит на мысль, что наблюдатели расходятся в своих наблюдениях, но более тщательная проверка выявляет согласие в наиболее существенных чертах. Два человека никогда не нарисуют плохо видимый объект одинаково. Чтобы убедиться в этом важном для наблюдательной астрономии факте, поместите одну из этих карт на таком расстоянии, чтобы детали были едва различны, и зарисуйте, что вы видите. Сравнение рисунка с оригиналом может дать удивительные результаты. Несомненно, поверхность Меркурия во многом сходна с поверхностью Луны, хотя мы и не знаем, действительно ли на поверхности Меркурия имеются моря и кратеры. Однако среднее визуальное альбедо Меркурия (0,14) вдвое больше, чем альбедо Луны.

Попытки доказать существование у Меркурия атмосферы в основном давали отрицательные результаты, хотя иногда наблюдатели высказывали подозрение, что легкие беловатые облачка затуманивали более тёмные пятна. Скорость убегания для Меркурия составляет всего 3,7 км/сек, а температура на его поверхности может быть гораздо более высокой — выше, чем для Луны. Следовательно, лишь самые тёплые газы могли бы остаться на поверхности планеты. Точно также, выбрасываемые во время солнечных бурь частицы, должны, даже в большей степени, чем в случае Луны, вышибать атомы остаточной атмосферы Меркурия. Когда Меркурий наблюдается в виде серпа, то его рога не выходят за пределы их геометрических граней, что указывает на отсутствие сколько-нибудь значительных сумеречных эффектов – рассеяния или рефракции в атмосфере. Однако Дельфюс считает, что свет рогов характеризуется небольшой избыточной поляризацией. Если этот эффект обусловлен наличием атмосферы, то последняя в целом составляет не более 1/300 атмосферы Земли. Петтит (обсерватории Маунт Вилеон и Маунт Баломар) из инфракрасных измерений Меркурия нашёл, что температура в подсолнечной точке в перигелии сильно возрастает, достигая 415о С; в афелии она составляет около 285о С. При 415о С плавится олово и свинец; даже цинк находится близ своей точки плавления (419о С). Поэтому Меркурий даже с большим основанием, чем Плутон, мог быть назван в честь бога преисподней.

В противоположность очень высоким значениям температуры, на стороне Меркурия, обращённой к Солнцу, на вечно темной её стороне температура очень низкая. Тепло может проникать туда только через твёрдое тело планеты, посредством теплопроводности, а это процесс крайне медленный, или же посредством конвенции в остатках атмосферы, но последнее можно лишь предполагать. Температура неосвещённого полушария, вероятно не превышает 10о, считая от абсолютного нуля, т.е. там даже холоднее, чем на Плутоне. Таким образом, Меркурий проявляет своего рода “раздвоение личности”, совмещая в себе обе крайности значений температуры планет. Интересно знать, не могут ли оказаться захваченными и замороженными на тёмной стороне такие газы, как азот, углерод, углекислый газ, кислород и другое. Для ответа на этот вопрос требуется более строгая проверка при помощи космических зондов и радиолокационных наблюдений.

На очень большое сходство между Меркурием и Луной указывают их размеры, характер вращения, разряженность атмосферы и внешний вид. Оба этих тела практически одинаково отражают свет, как в отношении цвета, так и в отношении интенсивности при различных углах отражения. Лучи света, падающие перпендикулярно к поверхности, отражаются в направлении падения достаточно эффективно, но при падении света под большими углами отражение бывает очень слабым. Даже поляризация или плоскость колебаний отражённого света для Меркурия и Луны одинакова. Все это дает нам право сделать вывод, что поверхность Меркурия сходна с поверхностью Луны, как в отношении отдельных деталей, так и в целом. Несомненно, поверхность Меркурия неправильной формы и неровная.

Средняя плотность Меркурия, хотя она определена не слишком точно,        по-видимому, почти в 5,5 раза выше плотности воды, т.е. примерно равна плотности Земли. Так как масса Меркурия мала, то увеличение его плотности, вследствие сжатия, ограничено величиной 1-2 %, а средняя плотность основных составляющих его материалов, если извлечь их из планеты, согласно подсчётам составит 5,4 вместо 4,4 для Земли. Следовательно, доля более тяжёлых элементов для Меркурия должна быть вполне измеримое железное ядро. В этом отношении Меркурий сильно отличается от Луны и, по существу, является самым плотным телом значительных размеров в солнечной системе. Эволюционный процесс, в результате которого возникла высокая плотность, пока еще не вполне понятен, но, несомненно, он связан с близостью Меркурия к Солнцу.

 

 

3. Рельеф поверхности Меркурия

 

С пролётной траектории космического аппарата “Маинер-10” в 1974 г. было сфотографировано свыше 40% поверхности Меркурия с разрешением от 4 мм до 100 м, что позволило увидеть Меркурий примерно так же, как Луну в темноте с Земли. Обилие кратеров – наиболее очевидная черта его поверхности, которую     по-первому впечатлению можно уподобить Луне. И не случайно даже специалисты–селенологи, которым показали эти снимки вскоре после их получения приняли их за фотографии с Луны.